水文学与水文地质学

1、水文学与水文地质学第一章循环与与环境相互作用得1、水文学概念 :水文学就是研究自然界中各种水体得形成、分布、 一门科学、2、水文循环(1) 水得这种既无明确得“开端” ,有无明确得“终了”得无休止得循环运动过程称为水文循 环、,将前者叫做(2 )水分由海洋输送到大陆又回到海洋得循环称为大循环或外循环、 水分在陆地内部或海洋内部得循环称为小循环或内循环。为区分这两种小循环 陆地小循环 ,后者叫做海洋小循环。(3) 内因 -水得三态在常温条件下得相互转化外因太阳辐射与地心引力(4) 四个环节 :水分蒸发水汽输送凝结降水径流3、水文循环得时空分布变化特点 (简答扩展 )(1) 水循环永无止境(2 )

2、水文现象在时间上既有具周期性又具有随机性(3) 水文现象在地区分布上既具有相似性又具有特殊性4、 水量平衡原理概念 : 水量平衡就是指在自然水循环过程中,任意区域在一定时间内 ,输入水 量与输出水量之差等于该区域得蓄水变化量。第二章1河流基本特征(瞧透书P 15 P17、小题)(1 )河流长度(L)自河源沿主河道至河口得长度、 深泓线 (中泓线 ):河槽中沿流向各最大水深点得连线。(2 )河流得弯曲系数() 河流得弯曲系数等于河流长度与河源到河口之间得直线距离之比、(3) 河槽特征1) 河流得断面 河流横断面河谷 河槽 :基本河槽 洪水河槽过水断面 河流得纵断面2) 河流平面形态(4) 河流纵

3、比降(J ) 河流纵比降指任意河段首尾两端得高程差与其长度之比 河段纵断面近于直线 : J=(Z1Z2)/L河段纵断面呈折线：J= (Z0+Z1)L1+(Z 1 +Z 2 儿 2 + + (Z n-1 +Zn儿n 2Z0L : /L2(5) 河流分段上游、中游、下游与河口5一条河流按照河段不同得特征 ,沿水流方向可划分为河源、 段、,就是相对河流得某一端面而言。,则地面与地下集水区域也相2、流域得概念 ：流域就是指汇集地表径流与地下径流得区域 闭合流域得概念 ：当流域得地面分水线与地下分水线相重合重合 ,相邻得流域不发生水量交换 ,此种流域称为闭合流域。非闭合流域得概念 : 由于地质构造等原因

4、 ,当地面分水线与地下分水线并不完全重合,此时邻近两个流域会发生水量交换 ,此种流域称为非闭合流域、（了解上面三个流域间得相互关系Pl8）3、流域得几何要素（瞧书P 1 9 P 2 0、小题）（1）流域面积 （F） 单位 :km2分水线所包围得面积 流域面积效应 :流域面积大小对河流水质得影响（2）流域长度（I）与平均宽度（B） 单位kmB=Fl（3）流域形状系数（K ）K= B/ I（4 ）河网密度（D ）单位km/km2D =E L/ F4、单位 :mm年、月、日、时）单位 :mm min 或 mm/h（5）流域得自然地理特征 :地理位置、地形、植被覆盖、土壤、地质构造、沼泽与湖泊等。 降

5、水三要素包括降水量、降水历时与降水强度。 降水量 （h） : 指一定时段内降落在某一面积上得总水量。降水历时 （t） :即降水所经历得时间。 单位: （某一降水量必须同时指明历时与区域降水强度（1 ）:单位时间得降水量，简称雨强。（根据雨强可对降水分级 ）5、观测降雨量得仪器 :雨量器、自记雨量计6、降水特征得表示方法依据降水观测资料 ，可以整理出常用得降水过程线、降水累积曲线与等雨量线来反映降 水得空间分布与时间变化规律。:算术平均法、等雨量线法与泰森多边形法等3 种。7、流域平均降水量常用得方法有 （P2 3 各自得概念及公式 ）8、下渗（瞧P23 P2 4、小题（一次降雨得主要损失量下渗

6、就是指水从地表渗入土壤与地下水得运动过程。下渗强度 （下渗率 ）:单位时间内下渗得水量 ，单位 mm/h 供水充分时 :下渗率称为下渗力 （下渗容量 ）供水不充分时：下渗率下渗能力9、河川径流量得表示方法 （简答 ）,常用单位为 m3 s。、年平均流量、多年平均流量。（1）流量（Q） 流量指单位时间内通过河流某一过水断面得水量 流量可分为瞬时流量、日平均流量、月平均流量流量随时间变化过程 ，可用流量过程线表示。（2）径流总量 （W）径流总量指在一定时段内通过河流某一过水断面得总水量，常用单位m 3, 10 8m3径流总量等于计算时段总秒数T乘以该时段得平均流量即W=Q TF( k m2)（3）

7、径流深度 （Y） 径流深度指将计算时段内得径流总量均匀地铺在控制断面以上整个流域面积 上，所得平均水层深度 ，常用单位 mm、(4 )径流模数(M)径流模数指单位流域面积F(km2)上平均产生得流量，常用单位为L / (s、k m2)、公式 :径流系数(a ) 径流系数指流域上 ，同一时段得径流深度与降雨量之比值。无量纲 即：a 0正偏 C S 0负偏7、 通常实际工作中，并不计算C S，而就是按照Cs与Cv得经验关系，首先给定Cs得初始值， 然后再做调整、适线：Cs =(24) C v8、经验频率计算公式( 1 )海森公式 %(2) 中值公式%( 3)维泊尔公式 (数学期望公式 ),用以近似

8、估计P Xi得经验频率 m -水文变量从大至小排列得序号 n -样本得容量 ,即观测得总项数 我国水文计算规范规定 ,水文频率计算中都采用数学期望公式求解经验频率 总体得频率。9、经验频率曲线得延长（为什么、简答P5 6 ）10、 皮尔逊川型曲线比较符合水文随机变量得分布，我国基本上都就是采用此理论线型从而由一系列P值及其对应得 Xp值,便可绘制出一条与确定了得统计参数，Cv,Cs相对应得理论频率曲线、12、 统计参数对理论频率曲线得影响（瞧书（1）均值对理论频率曲线得影响（2） C V对频率理论曲线得影响 （3 ）Cs对频率理论曲线得影响13、目估适线法 （简答 ） 目估适线法得基本步骤如下

9、 ：绘制经验点子。利用已有得实测资料 初估参数。根据实测资料计算统计参数、P60-P61、小题，主要就是b图）11、P-m型频率密度分配曲线得复杂数学方程式经过积分后得累积频率曲线方程式 对应于 P 得水文特征值 ：，在机率格纸上点绘出经验点子。CV,并决定Cs对Cv得倍数。（1）（2）选定某种理论线型、我国常用皮尔逊川型曲线。计算理论频率曲线。（3）计算后在机率格纸上点绘（4） 出一条理论频率曲线。（5）目估适线、确定吻合程度 ,进一步改变、 Cs、 CV 值,直至吻合。 第四章1、河川径流水文情势特征 ：主要指河川径流得年际变化与年内分配、洪水与枯水等特征、表达这些河流水文情势变化特征得主

10、要尺度就是水情要素,它包括年径流量、 年正常径流量、洪水流量与水位、枯水流量与水位等、2、年径流特性 （简答 ）（1 ）径流过程不重复（2）年际间变化大平水年丰水年枯水年（3）多年变化中有丰水年组与枯水年组交替出现得现象3、 具有长期实测资料得设计年径流量分析计算（论述、小题 ）（1）资料审查1 ）可靠性审查2 ）一致性审查还原计算 ：3）代表性审查 通常以代表性良好得 N 年参证长系列为依据 ，来审查与检验相对短系列得代表性。设计站：1 9 5 5 - 1 984年共3 0年得径流系列资料（设计变量）参证站:1 9 25- 1 9 9 5年共7 1年得径流系列资料（参证变量）A、 当同步短系

11、列代表性好时（参证站中与设计站同步得短系列参数与参证 站长系列相近）:参证站：1 925 1 9 9 5 :参证站：19 5 5 - 1 984:B、 当同步短系列代表性不好时：1 95 0 1 9 7 9 1960 1 9 89（2） 设计年径流量得计算1?）依据维泊尔公式计算经验频率2 ）估算实测年径流量系列得统计参数:CvCs,绘制经验频率点据与理论频率曲线适线3）从年径流量频率曲线上求出符合设计频率得各种设计年径流量（3）成果合理性验证依据 :水量平衡原理与地区分布原理4、 具有短期实测资料得设计年径流量计算（简答 ）首先插补延长缺测得数据 ,然后推算设计年径流量 （与长资料系列方法相

12、同 ） 插补延长资料系列得分析方法 :（ 1 ）利用本站水位 -流量关系展延（ 2 ） 利用参证站水位或径流关系展延 对参证站选择要求有一定要求实际工作，多用年径流深度Y或年径流模数M进行相关分析（3）利用降雨量资料展延注意 : 1 ）湿润与干旱地区2 ）流域面积大、小 3）利用季、月降雨量与季、月径流量关系5、 缺乏实测资料得设计年径流量计算（简答一一第一段P 88）通过间接方法估算设计年径流量得三个参数,应用公式 :6、设计代表年法不同得工程选择代表年就是不同得。对于水力发电工程,通常要选丰水年、平水年、枯水年三个代表年 ;对于城镇给水工程与农业灌溉工程,只选枯水年。其中给水工程选择代表年

13、应遵循得原则 :1）代表年得年径流量与设计年径流量相接近 ;2）对工程不利原则 ,即枯水期长、枯水流量小且需水量大、年内分配不均匀。7、 水库特征水位与相应库容（简答P 9 7 ）特征水位 : 反映水库工作状态得水位CvCv死水位与死库容正常蓄水位与兴利库容防洪限制水位与共用库容设计洪水位与设计调洪库容校核洪水位与校核调洪库容8、洪水三要素 : 洪峰流量、洪水总量、洪水过程线9、设计洪水概念 :在选定各种工程或非工程防洪措施得布设方案以及设计每项防洪工程得规模尺寸时 ,以某一标准得洪水作为防御对象,使工程遇到不超过这种标准得洪水时不会被破坏。工程规划设计中所依据得一定标准得洪水 ,即为设计洪水

14、、10、 设计洪水标准与可能最大降水（P10 0）正常运用标准设计标准 -设计洪水 ,不超过这种标准得洪水来临时,水库枢纽一切工作维持正常状态。非常运用标准校核标准-校核洪水 ，这种标准得洪水来临时 ，水库枢纽得某些正常工作可以暂时破坏 ，次要建筑物允许损毁 ，但主要建筑物必须确保安全。可能最大洪水 （PMF）可能最大降水 （PMP）11、设计洪水计算得基本方法 （书P1 01、小题）（1）（2）（3）（4）12、在保证样本得可靠性与一致性前提下13、对于洪峰流量，我国规定采用年 最大值法选样，即从所掌握得n年资料中，每年只选取一个 最大得瞬时洪峰流量组成洪峰流量系列14、特大历史洪水在频率分

15、析中得意义将历史洪水考虑进去 所得到得成果就比较稳定15、样本组成不用年最小瞬时流量平均枯水流量系列作样本第五章1、点雨量资料整理得具体步骤（简答）（1 ）根据雨量站自记雨量计记录（2）整理出每场暴雨得暴雨强度由流量资料推求设计洪水由暴雨资料推求设计洪水 地区综合经验公式推求设计洪水 由可能最大降水（P MP）推求设计洪水，样本容量越大越能代表总体、，这就是水文频率分析中最常用得样本系列。（P104、简答），把样本资料系列年数增加至调查期得长度，也就相当于展延了系列，提高了设计洪水得计算质量。（或水位 ）系列作为分析对象 ，根据工程实际需要取日、 旬、月等最小20、3 0、45、6 0、90、

16、120m i120min 得暴雨强度 ；在一次降雨中时间超过12 0mi n时，分为两场降雨统计、（3）在历年整理出得各场暴雨 录推求短历时得暴雨强度公式时 量计得记录要保持持续。整理首先（选样，年多个样本法,选出每场暴雨。i 与降雨历时 t 关系计算表。一般按降雨历时n进行摘录与统计，集水面积较小时，一般可不计算历时 90、，若中途降雨强度低于 0。 1m m/min（包括降雨停歇）得持续5、10、 15、i -1计算表基础上，整理出i- t T关系表、据自记雨量计记,通常要求记录年数；若仅有10年或略长于1 0年时，自记雨 i-t -T 关系表得具体步骤 :）按不同降雨历时t，将历年得i值

17、不论年序从大到小排列，各历时值得个数s= （3-5）n，且要求s4 0个其次（频率计算）对各历时得i系列作频率计算，统计等量超量值得累积频数m，计算出得频率为次频率P =m/s（%）再次（绘图）以历时t为参数，根据整理出得i- t- p数据，在同一张概率纸上，以i为纵 坐标、p为横坐标，绘制各历时得i-p曲线最后（整理关系表）在横坐标上选定若干次频率p，将其转换为年重现期T，要求取丁 =0、25 a ,0.33a,0.5 a,1 a ,2a,3 a ,5 a,10a等年对应得不同历时i值，制成i tT关系表2、暴雨强度公式 在双对数坐标系中，以T为参数，取t为横坐标,i为纵坐标1）若i -t呈

18、直线，则式中i任一时段t内得最大平均降雨强度（mm / m in）;t暴雨历时（min）;n暴雨衰减指数；A一次暴雨过程中最大1h暴雨得平均强度，也称为雨力（m m /mi n或 m mh）2）若it呈曲线，则n、其中：b、n、A为地方性暴雨参数，b为时间参数，n为暴雨衰减指数，A为雨力3 ）A为一次暴雨过程中最大1 h暴雨得平均强度，亦称为雨力，此值随地区与重现期而变、雨力 A 与重现期 T 得关系 式中八C为地方性参数3、 等流时线概念 :指将流域上汇流时间相等点连成得线，即每条线上得各水质点在一定时间,又称为流域最大汇T同时到达出流断面、4、流域汇流时间 （T ）:指净雨从流域最远点至其

19、出口断面所经历得时间流时间。5、 不同净雨历时对流量过程与洪峰得影响（P135、小题）?为讨论问题方便,设流域此次降雨为均匀降雨，且h1= h2=h3,这样：（1）净雨历时小于流域汇流时间全部净雨形成得 ，有即洪峰流量出现在第四时段末况称为部分汇流造峰。（2）净雨历时等于流域汇流时间（tc 25%得阴阳离子参与水得定名，通常阴离子在前 ，阳离子在后 ，含量大者在前 ，小者在后。7、三线图示法 （P238） 三线图示法又称皮伯三线图解法。8、常用得水化学分类：舒卡列夫分类（简单瞧P239）优点 :简单易用定名方法 ：阴离子在前 ，阳离子在后 ，含量多者在前 ，含量少者在后。 缺点 ： 人为因素过

20、大 第十章1、水力坡度就是沿渗透途径得水头降低值与相应渗透途径长度之比值。即：i = H/L2、 地下水运动得基本定律（三个公式 ）（1）达西定律 （线性渗透定律 ）其中:A H-在渗流途径L长度上得水头损失（m） L 渗流途径长（m ）K 渗透系数 （m/d） 达西定律就是在稳定条件下得到得，但就是在非稳定流中，达西定律仍适用 ，只就是这时表示为某一时刻得渗流速度与水力坡度之间得关系。只有当雷诺数小于11 0时得地下水层流运动才符合达西定律、 自然界地下水得实际运动速度就是迟缓得 ，其雷诺数一般不超过1 ，因此绝大多数天然 地下水得运动仍然服从达西定律、（2）非线性渗透定律在湍流运动条件下

21、，地下水得渗透服从哲才公式 其中:K e湍流运动时得渗透系数,称为混合流。混合流用斯姆莱（3）有时地下水得运动状态介于层流与湍流两种运动形式之间 盖尔公式表示 ：其中:m介于12之间、当m =1时,即为达西公式；当m =2时，即为哲才公式、 第十一章1、根据含水层得空隙性 ，把地下水分为三大类 :孔隙水、裂隙水与岩溶水2、孔隙水就是赋存与运动于第四纪松散沉积物中与部分前第四纪未胶结松散岩层或半胶结 岩层中得重力水 ，它就是主要得供水水源。河谷冲积层中、洪积扇中、黄土层中、滨海沉积层中3、 河谷冲积层中得地下水 （简答或小题 P294）阶地:河流下切侵蚀，使原生河床底部超出一般洪水水位之上，呈阶

22、梯状分布在河谷谷地得地形。河漫滩：河槽一侧或两侧，洪水期被淹没，中水时露出得滩地、侵蚀阶地、河漫滩、基座阶地、堆积阶地 (1 )河流上游山区河谷冲积层中得地下水特征:含水层透水性好，厚度小，分布范围不大大气降水与山区基岩裂隙水补给 埋藏深，水质好，低矿化度水 水量不大，季节性变化，小型供水水源(2 )河流中游河谷冲积层中得地下水河漫滩与多级阶地低阶地:沉积厚度大，冲积物具有类似河漫滩双层结构，补给、径流条件好，水质好高阶地:透水性，水质较差，储水条件不好(3) 河流下游平原冲积层中得地下水冲积物厚，常出现粗粒与细粒构成得互层，多层含水层沿河流向入海口方向，含水层中得细粒冲积物逐渐增多，地下水位

23、埋深逐渐变小，水得矿化度逐渐增高。小结:河谷冲积层中都能蓄积地下水，含水层透水性与水质良好，一般水位埋深较浅，地下水类 型主要就是孔隙水，补给来源主要就是大气降水、山区基岩裂隙水与河水 ，地下水动态特征变 化较大。寻找地下水得主要地段：古河床得砂砾石带；傍河得富水地段4、洪积扇中得地下水(论述)洪积物：由季节性集中暴发得洪流所携带得物质在山前堆积而成。洪积扇：洪积物以山口为中心向平原呈放射状展开，近似半锥体，称为洪积扇。典型得洪积扇，由山区7平原：河道洪流速度由大7小，水流由集中流7分散流 水得搬运能力由大7小(急剧下降)，所携带物质大量堆积7洪积扇。地形上：山区7平原：陡7缓颗粒大小：由扇顶

24、7平原：粗7细：砾石、卵石7砂7粘土 分选性：由扇顶7平原：差7好。(1) 洪积扇上部砂砾带(组成/透水性/补给/埋深/水量水质)岩层透水性强，给水度大，埋藏较深得潜水溶滤作用为主，矿化度低,H CO 3Ca型水直接接受降水与地表水补给，水量丰富，良好得供水水源 补给一径流带地形变缓,颗粒变细，粗细交替带，透水性变差，富(2) 洪积扇中、下部粗细沉积交替过渡带水性降低埋藏深度逐渐变浅，浅部潜水溢出与深部储存承压水潜水矿化度增大 多为SO4。HCO 3 Ca或H CO3、SO4C a型水。承压水矿化度不 高(3) 洪积扇边部粘性细土带沉积层加厚，表层以下粉砂与粘性土得互层，地势变平 透水性与给水性都较弱，蒸发为主要排泄方式潜水蒸发强烈，矿化度高，一般为Cl、S04 C a或S04.CI Ca型径流滞缓带小结：洪积层地下水从山前到平原 ，地形坡度由陡变缓，颗粒由粗变细，岩性由砾石到粘性土 ，透 水性、给水性由强到弱，潜水埋深由大变小，矿化度由低变高。水化学类型由 HC03 Ca型水 向S04。H C 03 C a型水与 CI.S0 4-C a型水逐渐过渡。在洪积扇中寻找地下水：在一系列冲、洪积扇中找出最富水得冲洪积扇，然后在选定得冲洪积扇范围内确定其具体富水部位5、黄土层中得地下水主要赋存于宽缓得沟谷、塬面得洼地